第5章-数字信号的频带传输系统说课讲解

第波5形章 数字信号频带传输系统
相对码与绝对码的关系：
an表示绝对码、 bn表示相对码
bn anbn1
第5章 数字信号频带传输系统
cos ct
开关电路
0° e2DPSK (t)
180°移 相
码 变 换 s(t)
bn anbn1
2DPSK信号产生原理图
第5章 数字信号频带传输系统
e2D PS K (t)
在二进制情况下，1对应于载波频率f1， 0对应于载波频率f2。
第5章 数字信号频带传输系统
2FSK信号在形式上如同两个不同频率交替发送的
2ASK信号相叠加，因此已调信号的时域表达式为：
e 2 F S K ( t) [ a n g ( t n T s ) ] c o s1 t [ a n g ( t n T s ) ] c o s2 t
(2) 2ASK信号的解调 方法有两种： 相干解调（同步检测法） 非相干解调（包络检波法）
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
sAM (t)
2ASK信号的非相干解
调
线性包络检波器
BPF
LED
LPF m0 (t)
AM信号的非相干解调
第5章 数字信号频带传输系统
a
b
e2Ask(t)
c
d
1
1
0
在2ASK中，载波幅度随着调制信号1和0的 取值而在两个状态之间变化。
第5章 数字信号频带传输系统
令二进制数字基带信号为：
s(t)
ang(tnT s),an1 0
概率为P 概率为1-P
n
则 e2ASK(t)s(t)cosct
为双边带调幅信号的时域表达式
说明
2ASK（OOK）信号是双边带调幅信号。
n
n
第5章 数字信号频带传输系统
还可以用MATLAB 软件 来产生2FSK波形P132
第5章 数字信号频带传输系统
（2）2FSK信号的解调 相干解调法、非相干解调法、鉴频法、
过零检测法、差分检波法等。
第5章 数字信号频带传输系统
非相干解调
相干解调
2FSK信号常用的解调系统
第5章 数字信号频带传输系统
2PSK：用二进制数字信号控制载波的两个相位， 这两个相位通常相隔π弧度。
例如：用相位0和π分别表示1和0。
第5章 数字信号频带传输系统
•二进制相移键控信号的时域表达式为
e2PSK(t)n ang(tnTs)cosct
s2 A S K (t) a n g (t n T s),a n1 0概概率率为为1P-P n g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，
假设数字基带信号为不归零的矩形脉冲。
（1）设载波信号为 cos(6103t)，试画出对应的 2ASK信号波形示意图，并计算其带宽； B 2fs
（2）设数字信息“1”对应载波频率 f1 3000Hz ，
2 Ts
“0”对应载波频率 f2 1000Hz ，试画出对应的
2FSK信号波形示意图，并计算其带宽。 B2fs f2f1
（1) 2FSK产生方法：模拟法、键控法
2FSK调制器原理框图
第5章 数字信号频带传输系统
基带 信 号
振荡 器1 f1
反相 器
模拟调频器
选通 开关 相 加 器 e2 FSK(t)
振荡 器2 f2
选通 开关
模拟调频法实现二进制移频键控信号的原理图
e 2 F S K ( t) [ a n g ( t n T s ) ] c o s1 t [ a n g ( t n T s ) ] c o s2 t
第5章 数字信号频带传输系统
因此 实际中一般不采用2PSK方式，而采用2DPSK方式。
2DPSK（相对（差分）移相键控）：利用前 后码元载波的相对相位变化来传送数字信息 的方式。
第5章 数字信号频带传输系统
Δφ= 0, 表示数字信息“0”
π , 表示数字信息“1”
则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号 的载波相位关系如下所示:
第5章 数字信号频带传输系统
第5章-数字信号的频带传输系 统
第5章 数字信号的频带传输系统
5.1 引言 5.2 二进制数字调制原理 5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能 5.4 二进制数字调制系统的性能比较 5.5 多进制数字调制系统
第5章 数字信号频带传输系统
5.1 引 言
数字信号有两种传输方式： 基带传输与频带传输
第5章 数字信号频带传输系统
1 0 0 1 11 0 1 0 基带信号
0 π π 0 00 π 0 π 2PSK信号
2PSK信号波形
第5章 数字信号频带传输系统
产生方法
双极性不归
s(t)
零 码型变换
乘法器 e2PSK(t)
cosct
(a)
模拟法
cosct
开关电路
0° e2PSK(t)
180°移相
带通
a
滤波 器
相乘器 c
co s ct b
低通
d
滤波 器
抽样
e
判决 器
定时 脉冲
(a )
码反
f
变换器 输出
a
2DPSK信号相干解调器原理图
b
c
d
第5章 数字信号频带传输系统
带通
a
滤 波器
延 迟T s
相乘器 c b (a )
低通
d
滤 波器
抽样
e
判 决器
定 时脉 冲
DP S K信 号 a
2DPSK信号差分相干解调器原理 图
已讨论过的问题
以正弦波作为载波的模拟调制系统。
现在讨论的问题
以正弦波作为载波的数字调制系统。 • 数字调制也有调幅、调频、调相三种形式。
•二进制振幅键控（2ASK）、二进制移频键控（2FSK）、 二进制移相键控（2PSK）或二进制差分移相键控（2DPSK）
第5章 数字信号频带传输系统
三种形式是： 振幅键控ASK、移频键控FSK、移相键控PSK。
二进制振幅键控(2ASK)信号时间波形
第5章 数字信号频带传输系统
（1) 2ASK信号的产生与解调
产生的方法有两种：模拟法、键控法。
开关电路
乘法器 e2ASK(t) s(t)
cosct
cosct
(a) 模拟法
2ASK调制器原理框图
e2ASK(t)
s(t)
(b) 数字键控方法 通断键控OOK
第5章 数字信号频带传输系统
整流
d
脉冲形 e 成
f 低通
输出
(a )
a
b
c d e
过零检测法原理图和各点时间波形
第5章 数字信号频带传输系统
2FSK信号的功率谱（P135）
2FSK信号可以看成是两个不同频率的2ASK信号的 叠加。因此，其功率谱是两个ASK信号功率谱之和。
B2fs f2f1
例1、发送数字信息为1011001，码元速率为1000波特。
an为双极性数字信号
1
an
1
概率为P 概率为1-P
第5章 数字信号频带传输系统
在一个码元持续时间内观察时。e2PSK(t)为：
1 概率为P
an
1
概率为1-P
cosωct 概率为P e2PSK(t)=
- cosωct 概率为1-P
发“1”， an取+1， e2PSK(t)取 0 相位 发“0”， an取-1 ，e2PSK(t)取π相位
出现的问题
如果这个参考相位发生变化， 则恢复的数字信息就会发生变化，造成错误。
第5章 数字信号频带传输系统
在实际通信中 参考基准相位的随机跳变是可能的，而且在通信过 程中不易发现。
这样 采用2PSK方式就会在接收端发生错误的恢复。
现象 称为2PSK方式的“倒π现象”或“反向工作现象”。
第5章 数字信号频带传输系统
n
n
ω1=2πf1 ，ω2=2πf2 ， a n 是an的反码
0
an
1
概率为P
概率为1-P
1
an
0
பைடு நூலகம்
概率为P
概率为1-P
第5章 数字信号频带传输系统
ak
1
0
1
1
0
0
1
a
s(t)
b
s(t)
c
d
e
f
g
2F S K信 号
二 t进
制 t移 t频
键 控
t
2
t
信 t号
的 时 t间 波 形
( FSK)
第5章 数字信号频带传输系统
二进制数字信息：
110 1001110
2DPSK信号相位： 0 π 0 0 π π π 0 π 0 0
或
π0ππ 000π0ππ
bn anbn1
第5章 数字信号频带传输系统
an
1 00 1 0 1 1 0
绝对码
bn anbn1 0 1 1 1 0 0 1 0 0
相对码
载波
DPSK信 号
2DPSK信号调制过程波形图
A B
A D
C 频带利用率 = RB / B (Baud/Hz)
练习：5-1
1
0
1
1
0
0
1
s(t)
Ts
t
载波信号
t
2ASK信号
t
2FSK信号
t
第5章 数字信号频带传输系统
作业： 5-4
第5章 数字信号频带传输系统
3、二进制移相键控及二进制差分移相键控 （2PSK、2DPSK）
移相键控：用数字基带信号控制载波的相位。
s(t)1cos2ct
2
s(t)s(t)cos2ct
2
2
经LPF后
第5章 数字信号频带传输系统
2ASK信号的功率谱(P129-131)(同AM)
Pf (f )
PASK(f )
f 0
f0
0
f0
f
2fs
B
2fs
2 Ts
第5章 数字信号频带传输系统
B
C
第5章 数字信号频带传输系统
ABD
练习：P169 5-3 作业：P169 5-2
第5章 数字信号频带传输系统
e2ASK(t)n ang(tnTs)cosct
g(t)为持续时间为Ts的矩形脉冲，an为二进制 数字信息，它的取值服从下述关系：
1 , 出现概率为P
an
0
,
出现概率为1-P
第5章 数字信号频带传输系统
1
0
1
1
0
0
1
s(t)
Tb
t
载 波信 号 t
2ASK信 号 t
s(t)
(b) 键控法
2PSK信号的产生原理图
第5章 数字信号频带传输系统
相干解调
相干解调
2PSK信号的解调原理图(极性比较法)
第5章 数字信号频带传输系统
第5章 数字信号频带传输系统
绝对移相2PSK：以载波的不同相位直接去表示相 应数字信息的相位键控。
发送端以某一个相位作基准的，因而在接收系统中也 必须有这样一个固定基准相位作参考。
应相位差为 。已知载波信号 cos(4，103t)
试画出2PSK和2DPSK的波形示意图。
(a)振幅键控 (b)移频键控 (c)移相键控
第5章 数字信号频带传输系统
注意 模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制。
数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征 所传输的信息。
第5章 数字信号频带传输系统
5.2 二进制数字调制原理
1、二进制振幅键控2ASK（通断键控OOK）
振幅键控：正弦载波的幅度随数字基带信号而变 化的数字调制。
已讨论的问题
数字基带传输系统
然而，实际通信中，不少信道都不能直 接传送基带信号。
第5章 数字信号频带传输系统
问题
为什么一定要在带通型信道中传输数字信号呢？
原因
1、带通型信道比低通型信道带宽大得多，可以 采用频分复用技术传输多路信号； 2、若要利用无线电信道，必须把低频信号“变” 成高频信号。
第5章 数字信号频带传输系统
0
1
0
0
0
1
0
1
a
b
c
d
2ASK信号的非相干解 调
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
2ASK信号的相干解调
sAM (t)
BPF
z(t)
LPF
m0 (t)
cos c t
AM信号的相干解调（同步解调）
第5章 数字信号频带传输系统
Z(t)
e2Ask(t)
2ASK信号的相干解调
z(t)e2A S K (t)co sct s(t)cos2ct
问题
为什么一定要在带通型信道中传输数字信号呢？
原因
1、带通型信道比低通型信道带宽大得多，可以 采用频分复用技术传输多路信号； 2、若要利用无线电信道，必须把低频信号“变” 成高频信号。
2ASK产生的方法有两种：模拟法、键控法。
开关电路
乘法器 e2ASK(t) s(t)
cosct
cosct
(a)
2ASK调制器原理框图
e2ASK(t)
s(t) (b)
数字键控方法
2ASK信号的功率谱 p130
Pf (f )
PASK(f )
f 0
f0
0
f0
f
2fs
B
2f 2
2ASK
sT
s
第5章 数字信号频带传输系统
2、二进制移频键控（2FSK）
移频键控：用数字基带信号控制正弦载波的频 率，使载波频率按基带信号规律变化。
2FSK：利用载波的频率变化来传递数字信息的。
11
00 1
0 00
1
0
1
2 FS K 信 号
2FSK非相干解调过程的时间波形
第5章 数字信号频带传输系统
过零检测法
2FSK信号的过零点数随载频的变化而不 同。因此，检测出过零点数就可以得到载 频的差异，从而进一步得到调制信号的信 息。
第5章 数字信号频带传输系统
a
b
限幅
e2F SK(t)
c 微分
差分b相干解调方式不需要专门的相干载波，属于非相干解调
方式，也是一个简单实用的解调方法。
c
第5章 数字信号频带传输系统
2PSK与2DPSK信号的功率谱
Pf (f )
（P139）
PASK(f )
f 0
f0
0
f0
f
2fs
B 2 fs
第5章 数字信号频带传输系统
D
B
例2、已知发送数字信息为1011001，码元速率 为1000波特。假设数字基带信号为不归零的矩 形脉冲。 假设数字信息“1”对应相位差为0，“0”对